Разработка методов, аппаратных и программных средств для регистрации, обработки и анализа сигналов акустической эмиссии

Сложность расшифровки сигналов АЭ и установления зависимостей между параметрами АЭ и механическими и эксплуатационными характеристиками накладывает ограничения на активное внедрение метода АЭ в различные сферы научных исследований [192, 235-237] и диагностики состояния материалов и конструкций [73, 88, 177]. В то же время, большая эффективность и достоверность использования метода АЭ показывает актуальность его развития и ведения разработок в области создания оборудования и программного обеспечения для регистрации, обработки, анализа и идентификации сигналов АЭ. Рядом зарубежных (Vallen, Dunnegan Corp., SPARTAN) и Российских (Интерюнис, СДС, Элтест, Диапак) фирм осуществляется изготовление программно-аппаратных комплексов для регистрации АЭ, но они, как правило, узкоспециализированы и дорогостоящи.

Целью настоящей работы являлась разработка программно-аппаратного комплекса для регистрации, накопления и обработки сигналов АЭ в реальном времени, позволяющего проводить исследовательские эксперименты при испытании материалов и диагностические неразрушающие испытания конструкций с применением АЭ. Комплекс должен выполнять следующие задачи:

- регистрация полной формы сигналов АЭ;

- сохранение полного вида сигналов в цифровой форме в памяти ЭВМ;

- первичная обработка сигналов АЭ и вывод основных параметров (интегральное накопление, активность АЭ) на экран монитора в реальном времени;

- локация источников АЭ и отображение карты локации на экране монитора в реальном времени;

- идентификация, классификация и отображение источников АЭ на карте локации по степени их опасности;

- постобработка единичных сигналов АЭ и совокупности сигналов АЭ для последующего детального анализа.

Оборудование для регистрации и обработки сигналов АЭ.

Разработанный акустико-эмиссионный программно-аппаратный комплекс включает в себя:

- ЭВМ;

- аналого-цифровой преобразователь АЦП;

- комплект пьезоэлектрических преобразователей (ПП);

- комплект усилителей;

- источник питания усилителей;

- программное обеспечение (ПО).

На рис. 3.1.1 приведен внешний вид разработанного акустико-эмиссионного программно-аппаратного комплекса.

Структурная схема акустико-эмиссионного программно-аппаратного комплекса приведена на рис. 3.1.2. Комплекс разработан на кафедре «Материаловедение и технология новых материалов» КнАГТУ, выполнен по стандартной схеме, включающей АЦП, встроенный в ЭВМ [233].

ЭВМ

В качестве ЭВМ использован промышленный компьютер с повышенными требованиями по надежности и диапазоном рабочих температур. ЭВМ выполнена в виде встраиваемого в стойку промышленной аппаратуры модуля с выносной консолью (клавиатура, мышь).

Аналого-цифровой преобразователь

АЦП PCI-9812 представляет собой 4-х канальное, встраиваемое в ЭВМ устройство с самостоятельными, интегрированными на базовой плате схемами АЦП в каждом канале (рис. 3.1.3).

Максимальная частота преобразования каждого канала АЦП составляет 20 МГц, что является вполне достаточным для восстановления и последующего частотного анализа акустических волн с частотами до 2 МГц и более.

В АЦП PCI-9812 используется способ записи/считывания внутренней памяти типа FIFO, который позволяет осуществлять циклическое заполнение памяти с последовательным считыванием из нее данных. В устройстве реализована система обмена данными с памятью по принципу «First Input, First Output» («первый вошел, первый вышел»). Это означает, что при записи данных во внутреннюю память система управления в АЦП не дожидается их полного считывания и передачи в память компьютера, а начинает заполнять освободившиеся ячейки памяти АЦП по мере перезаписи данных в ЭВМ. Таким образом, повышается быстродействие системы и обеспечивается уменьшение промежутка времени, в течение которого не происходит регистрация данных, а осуществляется лишь их перезапись на внешний носитель (память ЭВМ). Именно данная характеристика платы АЦП, а также наличие самостоятельных, а не мультиплексированных, каналов АЦП на одной плате являются наиболее важными для регистрации сигналов АЭ.

Характеристики АЦП приведены в таблице 3.1.1.

Таблица 3.1.1. Характеристики АЦП PCI-9812